一种用于体积惩罚不可压缩/低马赫数多相流求解器的有效预条件策略
流体动力学
2023-07-12 v2 数值分析
数值分析
摘要
体积惩罚 (VP) 或 Brinkman 惩罚 (BP) 方法是一种扩散界面方法，用于模拟海洋工程中的多相流体-结构相互作用 (FSI) 问题和/或热科学中的相变问题。该方法依赖于一个惩罚因子（与物体渗透率 成反比），该因子必须很大以在固体域中强制刚体速度。当惩罚因子很大时，离散方程组变得刚性且难以数值求解。在本文中，我们提出一种基于投影法的预条件策略，用于求解体积惩罚 (VP) 不可压缩与低马赫数 Navier-Stokes 方程。该投影预条件器实现了单相与多相流设置中速度-压力耦合系统的整体求解。在此方法中，惩罚力被隐式处理，允许其取任意大值而不影响求解器收敛速率或引起数值刚性/不稳定性。这是通过将惩罚项纳入压力泊松方程实现的。展示了网格加密下求解器的可扩展性。单相设置中的构造解用于确定惩罚解的空间精度。速度与压力解均达到二阶逐点精度。还模拟了海洋工程文献中的两个多相流体-结构相互作用 (FSI) 问题以评估求解器的鲁棒性与性能。所提求解器使我们能够研究 对接触线在浸没物体表面运动的影响，也使我们能够研究凝固金属自由表面的动力学。
引用
@article{arxiv.2306.06277,
title = {An effective preconditioning strategy for volume penalized incompressible/low Mach multiphase flow solvers},
author = {Ramakrishnan Thirumalaisamy and Kaustubh Khedkar and Pieter Ghysels and Amneet Pal Singh Bhalla},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.06277},
year = {2023}
}